多参数空气质量检测系统设计与实现

针对空气质量监测问题,文章提出一种基于STM32的多参数环境监测系统。该系统用STM32F103作为主控芯片,并由温湿度传感器模块、PM_2.5模块、气体检测模块、数据显示模块、无线通信模块、云平台数据上传模块和手机端数据显示模块构成,基于I2C协议、串口传输、PWM脉冲捕获、模数转换等方法实现数据检测、处理及传输功能。试验结果表明,该系统能够准确检测空气中的温度、湿度、PM_2.5、一氧化碳、二氧化氮5种参数的变化数据,并将监测数据实时显示在检测终端、手机端和电脑端,具有实时监测多参数和远程监控的特点。     

新型光室结构的主流式NDIR呼吸CO2监测系统

针对主流式非分散红外（NDIR）呼吸CO₂监测系统灵敏度及信噪比低下的问题,提出利用复合抛物面聚光器（CPC）提升监测系统性能的方法。利用ZEMAX模拟光室并优化CPC和常用的圆管聚光器以及锥形聚光器,采用单光源双光路的主流式一体化方法进行监测系统的气室设计,以STM32F100为主控芯片实现硬件系统控制,对具有不同光室结构的监测系统进行CO₂浓度标定和实时人体呼吸检测实验,获取其CO₂浓度与系统输出信号的对应关系和CO₂波形图。结果表明,CPC光室其模拟光学效率为4.3%,比常用的聚光器最高可提升89.77倍;装有CPC的监测系统其灵敏度与信噪比为8.940 7、24.65,比装有常用聚光器的系统的灵敏度最高可提升3.811倍、信噪比提升1.926倍;并且安装CPC的系统运行稳定,响应快,能够实时的反应出被测者的呼吸CO₂波形图。     

PM2.5浓度无线检测系统设计

针对日常生活中对PM2.5污染检测的实际要求,设计了PM2.5浓度无线检测系统。系统以nRF24L01芯片为无线接收发模块,实现了对GP2Y10传感器采集PM2.5浓度信息的无线检测。硬件单元由AT89S52单片机、nRF24L01芯片、GP2Y10传感器和LCD1602组成。经实验证明,系统工作良好,达到了无线检测PM2.5浓度的目的。     

基于STM32的可太阳能充电的PM2.5监控系统

文章介绍了一种采用ARM公司STM32F103CBT6处理器、M35模块、北斗模块和传感器组成的可太阳能充电的工厂PM2.5监控系统。该系统除具有定点监测功能还具有动态实时监控功能。文章重点叙述了其硬件构成和部分软件设计的实现过程。     

基于深度学习的嵌入式CO2浓度反演算法实现

以CO₂为主的温室气体排放使得全球变暖，严重影响生态环境，2021年习近平主席在二十国集团领导人峰会上提出“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”,因此精确检测CO₂气体浓度具有重要研究意义。由于CO₂气体吸收谱线的展宽受到气体压力、温度等因素影响，导致TDLAS气体检测系统测量结果误差增大，因此本文结合HITRAN数据库仿真，提出了基于BP神经网络深度学习的CO₂浓度反演算法和嵌入式实现方法，实现了对气体浓度的补偿，为嵌入式浓度反演算法设计提供理论依据。该算法可以移植到STM32F407中，经过测试，气体浓度的检测误差小，有效提升了气体检测精度，此方法同样适用于TDLAS型的其他气体检测应用场景中。     

基于近红外吸收光谱技术的高精度CO2检测系统的研制

为了准确测量地震断裂带溢出的痕量CO₂气体浓度,文中采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,选取波数4 978.202 cm-1作为CO₂检测系统的吸收谱线,采用有效光程为40 m的多通池,以STM32作为主控和数据处理核心器件,研制了高精度CO₂检测系统。针对系统中的探测器噪声与光学干涉条纹噪声,利用卡尔曼-小波分析算法滤波提升系统性能。实验表明,与滤波前相比,系统在50 ppmv CO₂浓度下的二次谐波信噪比提升了2.06倍。在不同CO₂浓度下(50、300、1 000、4 000、8 000 ppmv),系统误差为2.57%～2.66%。系统测量4 000 ppmv浓度下的CO2时检测精密度达到20.9 ppmv。利用Allan方差分析得出,积分时间在约61 s时对应的最低探测下限(MDL)为5.2 ppmv,实现了对CO₂气体的高精度测量。结果表明,所设计的高精度CO₂系统可以在气体检测领域为预测地震前兆提供良好前景。     

一种可用于教学的CAN总线分布室内环境信息采集系统

设计一种室内环境信息采集系统。系统中单片机STM32F103ZET6和STM32F103RBT6分别作为中央节点控制器和局部节点控制器并通过湿度传感器、光照传感器、PM2.5传感器、烟雾传感器、步进电机、音乐模块、语音模块控制器来完成温湿度、光照度、PM2.5的采集与显示、背景音乐的播放控制、室内灯光的自动调节、室内百叶窗控制。由于需要采集和控制客厅、卧室、厨房等建筑单元的环境参数,故采用分布控制式控制系统,每个建筑单元的采集、控制节点以及中央控制器和局部控制器都挂在CAN总线上,所以其具有模块化、可扩展的特点并能实现各控制器之间的通信。经过实际调试和运行结果表明,该系统可达到设计和教学要求。     

湘潭市PM2.5 中二次水溶性无机离子及其 气态前体物的污染特征

2013年12月3日至2014年1月14日, 在湘潭市2个功能区(交通、商业、居民区和工业区) 采样点对大气PM2.5进行了采集, 并同步采集了SO₂、NO₂; 进而利用离子色谱法对PM2.5中二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的浓度进行测试分析。通过分析不同空气质量级别下硫、氮氧化速率(SOR 和 NOR) , 探讨了PM2.5中硫酸盐和硝酸盐的来源、形成机制和影响因素等。结果表明, 采样期间湘潭市PM2.5及其二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的质量浓度分别为148.34、56.19 g/m3, 其中 SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺分别占PM2.5 浓度的15.26%、14.06% 和8.57%, 三者累计值占PM2.5质量浓度的37.88%。随着PM2.5 浓度增加, 二次水溶性无机离子及其气态前体物SO₂、NO₂ 的浓度也逐渐增加, 且“重度”污染时SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ 浓度较“良”时分别上升了1.93、2.41、2.03倍。不同空气质量级别下PM2.5中的SO₄²⁻、NO₃⁻ 主要以NH₄NO₃ 和(NH₄)₂SO₄ 的形式存在, 但在“轻度”和“ 中度”污染时可能存在其它的硫酸盐和硝酸盐。采样期间SOR 和NOR 的平均值分别为0.18和0.17, 不同污染级别下二者均在0.15 以上(大于0.1), 表明湘潭市PM2.5中的硫酸盐和硝酸盐主要是经转化形成的二次污染物。大气PM2.5中NO₃⁻ /SO₄²⁻ 为0.89, 不同空气质量级别下二者比值分别为0.78、0.99、0.82、0.97(均小于1), 表明湘潭市冬季PM2.5污染以燃煤源排放为主。     

基于无线控制CAN总线嵌入式传感器研究与应用

致力于研究并设计出一套对传感器进行实时监控以CAN总线为系统通信方式的并具有无线收发功能的嵌入式传感器监测系统。设计工作是基于MDK Cortex3平台的STM32控制器为核心的,通过对STM32对光纤压力传感器的实时监控,从而实时获得现场的压力变化,通过经由STM32控制的CAN总线传输,将上述信息与其他设备进行交互,并通过STM32模拟无线收发芯片2262,2272的功能实现无线收发与控制端的控制信息,从而简化了系统的模块,实现了控制的简易性。最后通过对原有CAN通信协议中的节点网络通信方式进行优化,并提出了改进算法,实现了工控现场设备通信的网络化,节点化。     

滑坡监测中Wi-Fi与GPRS双模嵌入式网关开发

为无线传感器网络滑坡监测系统多路信息传输开发的双模嵌入式网关,通过Wi-Fi和GPRS两种模式,将采集的滑坡预警信息分别传输到居民和监控中心.网关采用Cotex-M3系列的STM32F103微处理器和μC/OS-Ⅲ嵌入式系统,编写了Wi-Fi和GPRS传输两个通信任务,运用任务调度控制两种通信方式并行进行,同时保汪Wi-Fi传输的优先性和GPRS传输的及时性,为滑坡预警信息提供更直接更有保障的传输路径.     

基于STM32的智能家居无线激光报警系统

以STM32为核心,设计了智能家居无线激光报警系统。该系统由单片机控制模块、GSM无线发送接收模块、矩阵键盘模块、声光报警模块、热释电激光传感器模块组成。通过热释电激光传感器采集相关信号,单片机STM32经过处理后控制声光报警模块发出报警信号,并将报警信号通过GSM短信模块发送至用户手机上,实时反馈报警地点的情况。该系统利用广泛的移动网络,不需要组建专用网络和维护网络,较传统的监控系统有着独特的优势。     

非色散红外CO2传感器温度补偿方法研究

针对非色散红外CO₂传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO₂传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10%～20%浓度范围内的CO₂时,最大相对误差为2.98%,重复性实验显示RSD为1.22%,为非色散红外CO₂传感器补偿温度提供借鉴意义。     

基于WSN的赣南脐橙园土壤墒情监控系统设计

为解决赣南脐橙园灌溉系统有线网络布线复杂、成本高及灌溉用水利用率低的缺点,提出3G网络与无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)相结合的网络体系监控系统.系统包括传感器网络节点、STM32网关和上位机软件.STM32网关集成了基于CC2530芯片协调器和Sim900模块,实现WSN网络与3G网络、Internet信息交互;采用QT技术实现上位机软件的实时监测和记录土壤墒情信息.     

光子晶体光纤CO2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO₂气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO₂气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO₂在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。     

汽车安全驾驶辅助系统

<正>本项目的汽车安全驾驶辅助系统由STM32单片机、疲劳检测模块、语音播报模块、辅助测试模块(包含小车驱动模块、传感器、红外循迹模块、蓝牙模块、超声波模块等)组成。其中,以STM32单片机为核心实现控制,采用Adaboost算法进行人脸检测并通过Open MV的瞳孔识别功能进行实时监测驾驶员疲劳状态,系统通过判断结果进行语音提醒并采取相应驾驶辅助措施,确保驾驶员驾驶安全。     

一种基于STM32的空气检测下位机设计方法

为了检测当前空气环境的质量及各气体浓度,以便采取有效的预防和改善措施,文章设计了一种气体检测器监控系统,该系统以STM32F103C8T6为主控芯片,组合MEMS气体传感器、温湿度传感器,有效地采集当前环境温湿度、甲醛、二氧化碳和TVOC等参数指标。通过LCD进行实时显示,同时通过无线Wi Fi网络连接至服务端,实现数据的远程监测。实验表明,系统稳定可靠,能够准确地测量当前各项气体参数值。     

一种基于热电效应的微型CO2浓度检测系统

基于CO₂在4.26um处的特征吸收,采用抽取式密闭小型怀特池以及热电传感器,设计了一种微型CO₂气体检测系统,并进行了实际测量,反演了CO₂浓度,相关性达到0.99973,最低检测CO₂浓度为1ppm。此系统结构简单,运行稳定,避免了光学轮盘调制方式的复杂结构,减小了开放式结构对探测器带来的不稳定影响。     

基于STM32的远程人体参数采集系统设计

日新月异的物联网应用及传感器技术,为健康信息采集、人员药品识别、精确定位奠定基础,使无边界感知医院和数字化智能医院成为可能.本文设计了一种基于物联网的远程人体参数采集系统.系统通过非接触采集人体的体温、脉搏、血压等信息,通过蓝牙无线传输模块传送给STM32主控系统,当人体的体温、脉搏或血压出现异常时,通过GSM报警模块向监测者发送信息,同时将数据上传至电脑中,并利用可视化工具进行显示.     

基于可调谐半导体激光吸收光谱对CO2浓度的测量

CO₂作为大气中主要的温室气体,其全球变暖影响比例因素为60%,对全球生态系统和社会发展带来严重影响,因此开展CO₂的监测非常必要。基于可调谐半导体激光吸收光谱原理,在室温下通过扫描DFB激光器波长,得到CO₂位于2004 nm的直接吸收光谱,根据Beer-Lambert定律,反演出CO₂浓度。为了验证实验的精度,同时与基于非分散红外原理的生态通量的标准仪器作对比,结果显示两者的测量精确度相当,可以达到0.2 ppm。这些研究为今后的仪器小型化和外场CO₂长时间监测提供了基础。     

用于二氧化碳浓度红外检测的温度补偿研究

二氧化碳(carbon dioxide,CO₂)浓度监测是实现碳达峰、碳中和的重要基础,非分散红外(non-dispersive infrared,NDIR)检测技术作为温室气体测量领域应用最为广泛的技术之一,如何有效抑制温度漂移、确保长期监测数据的稳定性和可靠性是研究重点。实验表明,光源光功率、气体吸收线强、滤光片中心波长等容易受到环境温度影响。文中提出一种红外气体检测的温度补偿方法,研制了用于大气二氧化碳浓度红外检测的分析仪。选取以4.26μm为中心波长的CO₂气体吸收线;利用高低温试验箱,对分析仪进行温度补偿实验研究;配置标准CO₂气体浓度,对分析仪进行浓度标定实验研究。测量结果表明,红外CO₂气体分析仪浓度测量稳定,温度补偿显著,具有快速响应、应用范围广等优点。该红外CO₂气体分析仪为陆地生态系统碳收支监测等领域提供可靠数据支撑。